Por: Prof. Roberto N. Onody*
Ligas superelásticas são ligas metálicas que podem sofrer grandes deformações, de até 20%, e retornam, automaticamente, à sua forma original. Essa característica desejável tem aplicações importantes em medicina e ortodontia. Explica-se o surgimento da superelasticidade em materiais nos quais a tensão induz a presença de transformações martensíticas (transformações martensíticas são aquelas em que nenhum átomo da estrutura cristalina se desloca mais do que um parâmetro de rede, ou seja, são transformações praticamente reversíveis).
Um exemplo, muito comum, de liga superelástica é a liga de Níquel-Titânio. Largamente utilizado em aplicações médicas tem, além de suas ótimas propriedades mecânicas, excelente resistência à corrosão. Há, porém, dois problemas. O primeiro é o efeito destruidor da superelasticidade pela temperatura. O segundo está no custo do material. Dessa forma, os pesquisadores vêm investigando materiais mais baratos e que permaneçam, na fase superelástica, num grande intervalo (“janela”) de temperatura. Fundamentalmente, todos esses protótipos se baseiam no elemento químico Ferro 1.
Recentemente, em um estudo publicado na Science 2, um grupo de pesquisadores da Universidade de Tohoku do japão investigou as propriedades de uma liga de Fe-Mn-Al-Ni com adição de Cromo. Eles demonstraram que o acréscimo do Cromo praticamente não leva a nenhuma variação da entropia. Para isso, eles utilizaram a relação de Clausius-Clapeyron, que é uma relação linear entre a variação de entropia e a variação da tensão crítica com a temperatura. A tensão crítica é a tensão acima da qual o material tem deformação plástica, não mais retornando ao seu estado original.
Figura: Legenda: B) As “Janelas” de temperatura’ (na escala Kelvin) de vários materiais. Compare, em particular, a diferença entre o novo material (em vermelho) e a usual liga de Níquel-Titânio (preto); C) As “janelas” de variações de temperatura durante o dia e à noite na Lua, Marte e Terra. Crédito: Ji Xia et al. 2
Eles obtiveram uma liga que se mantém superelástica num grande intervalo de temperatura. Mais especificamente, para temperaturas entre -263 oC e + 200 oC (veja figura B). Claro, talvez as aplicações médicas ou odontológicas não necessitem dessa enorme “janela” de temperatura, mas certamente desperta o interesse da indústria aeroespacial, pois as variações de temperatura de dia e à noite na Lua, em Marte e na Terra se enquadram perfeitamente na “janela” de temperatura em que o novo material é superelástico.
1 https://science.sciencemag.org/content/369/6505/855
2 Ji Xia , Yuki Noguchi , Xiao Xu , Takumi Odaira , Yuta Kimura , Makoto Nagasako , Toshihiro Omori1, Ryosuke Kainuma , Science 14 Aug 2020: Vol.369, Issue 6505, pp. 855-858
*Físico, Professor Sênior do IFSC – USP
(Agradecimento: Sr. Rui Sintra da Assessoria de Comunicação)
Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
